افزایش بازدهی توربین‌های بادی با طراحی جدید پره‌ها

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، به نقل از تک نیوز، پژوهشگران دانشگاه «کنکوردیا» (Concordia)، روش جدیدی برای ساخت پره‌های توربین بادی ابداع کرده‌اند که می‌تواند توربین‌های بادی کوچک را سبک‌تر، ارزان‌تر و کارآمدتر کند. 

در این روش از فناوری چاپ چهاربعدی برای تبدیل صفحات تخت از جنس کامپوزیت الیاف کربن به پره‌های منحنی توربین استفاده شده است.

توربین‌های بادی کوچک با محور عمودی در سال‌های اخیر به‌ویژه در شهر‌ها و روی پشت‌بام ساختمان‌ها رواج بیشتری یافتند و برخلاف توربین‌های بادی بزرگ نیروگاه‌ها، پره‌های این توربین‌ها به دور یک محور عمودی می‌چرخند و به دلیل عملکرد مناسب در شرایطی که جهت وزش باد مدام تغییر می‌کند و همچنین نیاز به فضای کمتر است، گزینه‌ای مناسب برای محیط‌های شهری محسوب می‌شوند.

با این حال، ساخت پره‌های منحنی این توربین‌ها، همواره یکی از چالش‌های اصلی بوده است.

در روش‌های متداول، تولید این پره‌ها به قالب‌های بزرگ و اختصاصی نیاز دارد، قالب‌هایی که ساخت آنها پرهزینه و زمان‌بر است و در نهایت نیز وزن و هزینه محصول نهایی را افزایش می‌دهد.

گروه پژوهشی دانشگاه «کنکوردیا»، راهکاری نوآورانه برای حذف این قالب‌های پیچیده ارائه کرده است. آنان به جای شکل‌دهی مستقیم پره‌ها، کار را با صفحات تختی آغاز کردند که از چندین لایه الیاف کربن و رزین اپوکسی ساخته شده‌اند.

پژوهشگران با تنظیم دقیق جهت‌گیری و ترتیب قرارگیری لایه‌های الیاف کربن، توانستند این صفحات تخت را به گونه‌ای طراحی کنند که در جریان فرایند تولید، به‌طور خودکار به شکل منحنی مورد نظر خم شوند.

این فناوری چاپ چهاربعدی نامیده می‌شود، زیرا قطعه پس از تولید و در گذر زمان تغییر شکل می‌دهد. زمانی که صفحات کامپوزیتی پس از گرم شدن و پخت، سرد می‌شوند، تفاوت در ساختار داخلی مواد باعث می‌شود بدون نیاز به عملیات شکل‌دهی اضافی، به‌صورت خودکار به شکل منحنی از پیش طراحی‌شده خم شوند.

پژوهشگران برای دستیابی به این نتیجه، روش طراحی جدیدی نیز توسعه دادند. آنها به جای آزمون و خطا برای پیش‌بینی نحوه خم شدن لایه‌های مختلف، ابتدا شکل دقیق پره مورد نظر را مشخص و سپس با انجام محاسبات معکوس، مناسب‌ترین آرایش لایه‌های کامپوزیتی را تعیین کردند تا قطعه به‌طور خودکار همان شکل را به خود بگیرد.

نتایج آزمایش‌ها چشمگیر بود، پره‌های کامپوزیتی تولیدشده از نظر شکل تقریبا با پره‌های آلومینیومی تجاری مطابقت داشتند، اما حدود ۸۰ درصد سبک‌تر بودند. با وجود کاهش چشمگیر وزن، عملکرد آنها نیز در آزمایش‌های آزمایشگاهی بهتر بود.

توربین‌هایی که به این پره‌های جدید مجهز شدند، نسبت به توربین‌های دارای پره‌های آلومینیومی سنتی با سرعت بیشتری چرخیدند که نشان می‌دهد، این پره‌ها می‌توانند تولید برق را با راندمان بالاتری امکان‌پذیر کنند.

 پژوهشگران معتقدند که این روش جدید می‌تواند ضمن کاهش هزینه‌های تولید، عملکرد توربین‌های بادی کوچک را نیز بهبود ببخشد. حذف قالب‌های گران‌قیمت همچنین می‌تواند فرایند تولید را سریع‌تر و انعطاف‌پذیرتر کند.

هرچند این پژوهش بر ساخت پره‌های توربین بادی متمرکز بوده است، اما پژوهشگران تاکید کردند که این فناوری کاربرد‌های گسترده‌تری نیز خواهد داشت.

مواد کامپوزیتی سبک‌وزنی که قادرند به‌طور خودکار به شکل‌های پیچیده تبدیل شوند، در آینده می‌توانند در ساخت هواپیماها، خودروها، فضاپیما‌ها و بسیاری از پروژه‌های مهندسی دیگر که کاهش وزن و ساده‌سازی فرآیند تولید در آنها اهمیت دارد، مورد استفاده قرار گیرند. نتایج این پژوهش در نشریه Polymer Composites منتشر شده است.